STEM

W pogoni za Słońcem i zorzą polarną

Badania zjawisk pogodowych kojarzą się z telewizyjnymi meteorologami wskazującymi na ogromną mapę. Jednak badania zjawisk pogodowych mogą także pogłębić naszą wiedzę o życiu na Ziemi, a nawet pomóc w ustaleniu, czy życie istnieje na innych planetach.

Amerykańska Narodowa Służba Oceaniczna i Meteorologiczna (NOAA), agencja rządowa zajmująca się monitorowaniem niebezpiecznych warunków pogodowych w powietrzu i na morzu oraz informowaniem o nich, umieściła niedawno na orbicie swojego pierwszego satelitę. Sonda DSCOVR , czyli Deep Space Climate Observatory, ma za zadanie śledzić warunki atmosferyczne i przesyłać odpowiednie ostrzeżenia poprzez monitorowanie flar słonecznych, wiatrów i rozbłysków ponad 1,5 mln km od neutralnej strefy grawitacyjnej Ziemi.

Dzięki strategicznej odległości sondy DSCOVR, centrum operacji agencji NOAA z siedzibą w Maryland otrzymuje ze średnio godzinnym wyprzedzeniem informacje o aktywności słonecznej, mogącej zakłócić systemy komunikacyjne i sieci energii na ziemi. Ponadto sonda DSCOVR umożliwia agencji NOAA dokładniejsze przewidywanie, które miejsca na Ziemi znajdą się pod wpływem tej aktywności słonecznej. Wczesne ostrzeżenia umożliwią ochronę systemów krytycznych związanych z bezpieczeństwem narodowym i infrastrukturą gospodarczą.

cool-job-alert--space-meteorologists-hunt-the-sun-and-northern-lights_2

Takie prognozy przygotowuje ne tylko agencja NOAA. NASA, agencja rządowa posiadająca największą wiedzę o przestrzeni kosmicznej, także zajmuje się meteorologią kosmiczną. Dr Lika Guhathakurta pomaga w planowaniu tego typu misji dla „Living with a Star”, inicjatywy agencji NASA mającej na celu zrozumienie relacji Ziemia–Słońce oraz całego Układu Słonecznego.

Słońce odgrywa kluczową rolę w naszym obecnym rozumieniu meteorologii kosmicznej.

– Meteorologia kosmiczna zależy od heliofizyki – twierdzi Guhathakurta. – To nauka badająca Słońce, jego wpływ na naszą planetę, zwłaszcza na jej zewnętrzne powłoki – jonosferę, magnetosferę – które wchodzą w interakcję z cząsteczkami elektrycznymi i promieniowaniem.

Badania nad pogodą kosmiczną pomogą ustalić, czy istnieje życie poza Ziemią. – Co sprawia, że życie na planetach jest możliwe? Możliwość zamieszkania planety w dużej mierze zależy od jej najbliższej gwiazdy oraz środowiska – twierdzi Guhathakurta.

Najnowsza misja agencji NASA, „ Solar Probe Plus ”, pozwoli zrozumieć, jaki wpływ na naszą planetę ma Słońce – dodaje. – Sonda słoneczna zbliży się do słońca na ponad szesnaście milionów kilometrów, niemalże go dotykając. Tam właśnie powstaje pogoda kosmiczna, w miejscu naenergetyzowania cząsteczek, gdzie można zmierzyć ich prędkość lokalnie, a nie teleskopowo.

Zasilany energią słoneczną statek kosmiczny, zbudowany z termoodpornego wzmocnionego kompozytu CC, waży niewiele ponad pół tony i jest wyposażony w złotą osłonę chroniącą przyrządy w środowisku 500 razy silniej nasłonecznionym niż najbliższa orbita ziemska. Jej kształt może się wydawać znajomy tym, którzy oglądali thriller kosmiczny Danny’ego Boyle’a z 2007 roku pt. „W stronę słońca”.

Chociaż kolejna misja agencji NASA, Magnetospheric Multiscale (MMS), odbywa się w obrębie przestrzeni okołoziemskiej, to według dr Guhathakurty jest to ambitne przedsięwzięcie. – Ta misja ma na celu ułatwić zrozumienie jednego z najbardziej fundamentalnych procesów fizycznych: rekoneksji magnetycznej – mówi.

Rekoneksja magnetyczna to zjawisko przekształcania się energii magnetycznej w inne formy energii, takie jak kinetyczna i cieplna.

Misja MMS wykorzysta cztery skoordynowane statki kosmiczne w celu zbadania rekoneksji magnetycznej, przyspieszenia cząsteczek i turbulencji w obrębie magnetosfery planety. Wszystkie te procesy mają krytyczne znaczenie w badaniach nad pogodą kosmiczną.

Grupy badawcze na całym świecie pracują w oparciu o dane napływające z satelitów i sond kosmicznych NASA, NOAA i ESA, aby umożliwić przewidywanie burz słonecznych z wyprzedzeniem od kilkugodzinnego do kilkudniowego.

W ramach projektu DEEP firma Intel współpracuje z profesorem Giovannim Lapentą z KU Leuven nad kodem symulacji pogody kosmicznej iPIC3D. Hans-Christian Hoppe, główny inżynier w firmie Intel i dyrektor laboratorium ExaCluster w niemieckim Jülich, twierdzi, że obliczany przez koprocesor Intel Xeon Phi kod symuluje zachowanie plazmy (zjonizowanych cząsteczek przypominających gaz) i jej interakcji z polami elektromagnetycznymi. Naukowcy potrafią przewidzieć ścieżki, jakimi będą się poruszać cząsteczki w wyniku erupcji lub flary słonecznej oraz symulować interakcję z magnetosferą.

cool-job-alert--space-meteorologists-hunt-the-sun-and-northern-lights_3

Meteorologią kosmiczną można się zajmować także w bliższym otoczeniu i nie trzeba być badaczem naukowym, aby móc zbierać dane i przyczynić się do zgłębiania wiedzy na temat tego typu zjawisk kosmicznych.

Jednostka badawcza o charakterze niekomercyjnym – New Mexico Consortium (NMC) – uruchomiła niedawno program Aurorasaurus zainicjowany przez badaczkę naukową NMC, dr Elizabeth MacDonald. Celem programu Aurorasaurus jest pomoc naukowcom w lepszym zrozumieniu piękna, jakim urzeka aurora borealis, czyli zorza polarna, zjawisko wizualne powstałe w wyniku naładowania cząsteczek kosmicznych pobudzających neutralne cząsteczki górnej atmosfery.

Zorza polarna pobudza wprawdzie ludzką wyobraźnię, ale społeczność naukowców jeszcze dotąd nie zgłębiła dynamiki tych kształtów ani mocy czerpanej z energii słonecznej.

Program Aurorasaurus – podobnie jak działające dzięki pracy ochotników stacje monitorowania satelitów – wymaga wsparcia społecznego polegającego na monitorowaniu zórz polarnych i przekazywaniu informacji o nich za pomocą mediów społecznościowych na przestrzeni 2015 roku, który jest szczytowym rokiem w 11-letnim cyklu aktywności słonecznej. Według NMC ten sposób gromadzenia danych umożliwi „praktyczne zrozumienie aktywności zorzy polarnej na bieżąco”.

W ramach programu Aurorasaurus opracowano aplikacje, aby umożliwić ogółowi społeczeństwa raportowanie i weryfikację aktywności zorzy polarnej. Dzięki temu badacze dysponują bogatymi zasobami szczegółowych danych, które towarzyszą ich własnym spostrzeżeniom.

– Dzięki nauce obywatelskiej i danym zbieranym w czasie rzeczywistym program Aurorasaurus może funkcjonować na większą skalę i zmienić sposób dostarczania informacji o burzach słonecznych. Umożliwi to dokładniejsze „prognozowanie” widoczności zorzy polarnej – mówi MacDonald.

Podobnie jak widz informuje stację telewizyjną o zbliżającej się burzy, można obserwować pogodę kosmiczną z Ziemi i wywierać bezpośredni wpływ na ludzkie życie – a przy okazji pobudzić wyobraźnię.

Udostępnij ten artykuł

Podobne tematy

Nauka

Przeczytaj w następnej kolejności

Read Full Story